ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.08.2024
Просмотров: 44
Скачиваний: 0
^Е О Б Р А З О В А Т Е Л И
КО Л А
ВН А П Р Я Ж Е Н И Е
ѵ |
. |
. щ |
Р. Б. КЛЕБАНСКЙЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
КОДА В НАПРЯЖЕНИЕ
«ЭНЕРГИЯ»
МОСКВА 1973
|
t U ^ , |
М |
' ■ |
. i t |
|
:(АУЧНО-ТЕ/і. |
*’• |
Л*Л і |
|
|
йИЬЛИОТЁКА ОѵЫ* |
I |
||
6П2.12 |
------------------- ' |
|
|
|
К 48 |
У Ч - Ъ |
|
|
|
УДК 621.314
Клебанский Р. Б.
І\48 Преобразователи кода в напряжение. М., «Энер гия», 1973.
104 с. с ил.
В книге рассматриваются вопросы теории и техники построения преобразователей цифровых величин в напряжение. Описываются ме тоды построения преобразователей последовательного действия, парал
лельного действия, с промежуточным преобразованием и их основные элементы.
Рассматриваются методы повышения точности и надежности па раллельных преобразователей кода в напряжение (ПКН). Приводятся практические схемы ПКН.
Книга предназначена для инженеров и техников, разрабатываю щих или эксплуатирующих цифровые или цнфроаналоговыс устройства, системы управления и другие объекты, в состав которых входят ПКН. а также может служить пособием для студентов техникумов и вузов
соответствующих |
специальностей. |
|
|
„ |
3313-506 |
|
|
К |
051 (01)-73 |
І77' 73 |
6П2Л2 |
©Издательство «Энергия», 1973 г.
Реми Борисович Клебанский
П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л И К О Д А В Н А П Р Я Ж Е Н И Е |
|
|
||
Редактор |
Г. И. Ш е в ч е и к о |
|
|
|
Редактор издательства |
Н. Б. Ф о м и ч е в а |
|
|
|
Обложка художника |
А. А. И в а н о в а |
|
|
|
Технический редактор |
Л. М. К у з н е ц о в а |
|
|
|
Корректор А. К- У л е г о в а |
|
|
||
Сдано в набор 21/V 1973 г. |
Подписано к печати 29/ХІ 1973 г. |
|
Т-16981 |
|
Формат 84Х І08'/» |
|
Бумага типографская № 2 |
||
Уел. печ. л. 5,46 |
|
Уч.-изд. л. 5,73 |
||
Тираж 10 000 зкз. '■ |
Зак. 217 |
Цена 30 коп. |
||
Издательство «Энергия» . Москва, М-114, Шлюзовая наб., |
10. |
1 |
||
Московская типография Л1? 10 Союзполпграфпрома |
|
|
||
при Государственном комитете Совета Министров СССР |
|
|||
по делам издательств, |
полиграфии и книжной торговли. |
|
||
Москва, М-314, Шлюзовая нлб., 10. |
|
|
ПРЕДИСЛОВИЕ
Одной из характерных черт современной науки и техники является бурное развитие средств вычислительной техники и широкое использование электронных цифровых вы числительных устройств (ЭЦВУ). Если раньше функции ЭЦВУ ограничивались чисто матема тическими вычислениями, то в настоящее вре мя с помощью ЭЦВУ осуществляется управле ние сложными производственными процессами.
Так как |
управляющие |
ЭЦВУ |
работают |
с цифровыми |
величинами, |
то для |
связей их |
с объектами, для управления которыми они предназначены, необходимо использование преобразователей код — аналог (ПКА).
Преобразователи код—аналог являются не отъемлемой частью современных систем авто матического управления. Это связано с тем, что при управлении различными объектами с помощью цифровой вычислительной маши ны необходимо преобразовывать числа в фи зические величины, которые непосредственно используются при управлении объектами.
Самым распространенным типом ПКА яв ляется преобразователь кода в напряжение (ПКН), так как электрическое напряжение является одной из наиболее часто встречаю щихся аналоговых величин в системах авто матического регулирования и управления.
Область применения ПКН весьма обширна. Они применяются в системах телеуправления (телерегулирования), в системах программно го управления, где программа задается не в аналоговой, а в цифровой форме, с помощью устройства хранения цифровой информации.
3
Цифровые сигналы, заложенные в программу, должны быть преобразованы в аналоговую форму и поданы на выход системы.
Преобразователи код—напряжения применя ются также в цифровых системах управления.
Кроме указанных областей применения ПКН, как самостоятельных элементов систем, они играют крайне важную роль в современ ных высокоточных аналого-цифровых пре образователях с обратной связью [Л. 1].
Данная книга является первой, посвящен ной исключительно вопросам, связанным с раз работкой и эксплуатацией ПКН.
Автор с искренней признательностью от
мечает |
тот |
существенный вклад, который |
|
внес |
в |
книгу |
рецензент доктор техн. наук |
Э. И. |
Гитис. |
|
Автор, сознавая, что книга вряд ли свобод на от недостатков, будет благодарен всем чи тателям, которые пришлют свои замечания и пожелания по адресу: Москва, 113114, М-114, Шлюзовая иаб., 10.
Автор
Г
ВВЕДЕНИЕ
Как 'было указано, преобразователи кода в напряже ние используются для связи электронно-цифровых вы числительных устройств с аналоговыми устройствами, а также в качестве основного элемента в преобразовате лях напряжения в код для выработки эталонных напря жений. Так как основой для современных вычислитель ных устройств является двоичная система счисления, то преобразователи кода в напряжение обычно строятся для преобразования двоичного цифрового кода в напряжение.
Двоичный |
цифровой |
код может быть |
представлен |
в виде следующей суммы: |
|
|
|
Я—1 |
|
|
|
п = £ |
0*2* = о02° + |
0,2» + а Л 2+ ... + |
а„_ ,2» - |
і=0 |
|
|
|
где а = 0 или |
1. |
|
|
Отсюда очевиден и принцип преобразования, заклю чающийся в суммировании аналоговых величин, которые относятся как целые степени числа 2 при а*= 1. Реже используются двоично-десятичные коды и лишь в сравни тельно редких случаях число-импульсный код, т. е. исход ная информация выражается числом импульсов.
На рис. В-1 приведена структурная схема классифи кации ПКН. В принятой классификации ПІШ разделены по принципу действия на три группы.
Кгруппе 1 относятся ПКН последовательного дейст вия, в которых код подается на преобразователь последо вательно, начиная с младшего разряда, т. е. с времен ным разделением разрядов.
Кгруппе 2 относятся ПКН параллельного действия (ППКН), в которых все разряды кода одновременно по
ступают на схему суммирования, т. е. производится пространственное разделение разрядов. При этом сум-
5
мировапие токов и напряжений'происходит с учетом ве сов разрядов.
В процессе преобразования всегда суммируются и то ки и напряжения одновременно. Однако в зависимости от вида используемого источника электрического сигна ла преобразователи делятся на две подгруппы: преобра зователи с суммированием токов 4 и с суммированием
Преобразуемые кодьі
Напряжение
Рис. В-1. |
Структурная схема |
классификации |
преобразователен кода |
||||||
|
|
|
в |
напряжение. |
|
|
|
|
|
/ — ПКИ |
последовательного |
действия; |
2 — ПКН |
параллельного |
действия |
||||
(ППКН); 5 — ПКИ с промежуточным преобразованием; |
4 — ППКН со стабили |
||||||||
заторами |
тока; |
5 — ППКН со |
стабилизаторами напряжения; |
б — ППКН с ве |
|||||
совыми сопротивлениями; 7 — ППКН с сопротивлением R-2R; -S — ППК.Н с уси |
|||||||||
лителями |
постоянного тока; |
9 — широтно-импульсный |
ПКИ; |
10 — число-им |
|||||
|
|
|
пульсный |
п к н . |
|
|
|
|
|
напряжений |
5. Они могут быть выполнены |
на матрице |
|||||||
с весовыми |
сопротивлениями |
б и с |
|
сопротивлениями |
|||||
R-2R 7. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Существует другой принцип деления схем, который |
|||||||||
практически |
ничем не отличается от указанного |
выше: |
если режим работы схемы близок к холостому ходу, то имеет место суммирование напряжений; если же схема нагружена на относительно малое сопротивление, имеет место суммирование токов.
В преобразователях параллельного действия необхо димо, чтобы входной преобразуемый сигнал присутство вал в течение всего времени преобразования, однако это не. всегда удается, так как целый ряд цифровых управ-
6
ляющнх схем обеспечивает существование выходных сиг налов только в определенные временные интервалы. Следовательно, необходимо наличие буферной схемы, обеспечивающей запоминание преобразуемого цифрового сигнала в течение времени преобразованиям Последова тельный сигнал с цифровой управляющей схемы перед вводом в преобразователь должен быть преобразован в параллельный. К этой же группе относятся преобразо ватели с усилителями постоянного тока 8.
Преобразователи первой и второй групп могут быть также классифицированы как преобразователи прямого действия, поскольку они преобразуют непосредственно коды в напряжение.
К группе 3 относятся преобразователи кода в на пряжение с промежуточным преобразованием входного кода (преобразователи непрямого действия). Здесь вход ной цифровой код сначала преобразуется в промежуточ ный сигнал, который затем преобразуется в напряжение. Примером могут служить широтно-импульсный 9 и число-импульсный 10 преобразователи.
Эти ПКН характеризуются меньшим по сравнению с другими видами объемом оборудования и низкой ско ростью преобразования (около 100 преобразований!сек).
В'современных установках автоматического контроля, вычислительной и измерительной техники наибольшее распространение получили преобразователи параллельно го действия. Это обусловлено наибольшей по сравнению с преобразователями других типов точностью при высо кой скорости преобразования.
На вход ПКН подаются в дискретные моменты вре мени коды, характеризующие требуемое значение выход ной аналоговой величины (напряжения). Далее с по мощью различных способов эта ступенчатая функция мо жет быть преобразована в непрерывную функцию времени. При этом точность воспроизведения непрерыв ной функции времени зависит от ряда .факторов, к ко торым относятся:
частота получения информации (кодов); метод восстановления непрерывной функции времени; точность преобразования отдельных кодов.
Очевидно, что наиболее общим фактором, существен ным при любом методе восстановления, является по грешность, с которой осуществляется преобразование от дельных кодов в аналоговый эквивалент.
7
Под погрешностью понимается среднеквадратиче ская ошибка преобразования, в которой учитывается влияние всех частных источников погрешностей. Погреш ности преобразования делятся на методические и инст рументальные. Методические погрешности определяются самим принципом преобразования и, по существу, для ПКН их нет. Инструментальные же погрешности прису щи конкретному преобразователю; они вызываются от клонениями при изготовлении элементов преобразовате ля, их стабильностью во времени и при изменении внеш них условий, а также рядом других причин.
Быстродействие преобразователя характеризуется временем установления выходного напряжения преобра зователя после подачи входного преобразуемого кода. Оно складывается из времени срабатывания триггера регистра, задержки в сопротивлениях, времени переход ного процесса в переключателях и при наличии в схеме УПТ его времени запаздывания.
За последние годы быстродействие ПКН увеличилось примерно в 10 раз в основном за счет улучшения частот ных характеристик полупроводниковых приборов. Совре менные полупроводниковые элементы позволяют созда
вать ПКН со временем преобразования порядка |
единиц |
микросекунд при 10— 12-разрядном входном |
двоич |
ном коде. |
|
Одним из важных показателей ПКН является надеж ность. Для повышения надежности в преобразователях используются обычные методы, применяемые в аппарату ре аналогичного типа, а именно использование более надежных элементов, применение профилактического контроля, резервирование и др. Перспективным является применение корректирующих кодов для обнаружения от казов и автоматической замены неисправного разряда
резервным. Эти вопросы будут рассмотрены при описа
нии ппкн.
Г л а в а п е р в а я
МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ КОДА В НАПРЯЖЕНИЕ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
1-1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
Принцип работы последовательных ПКН (рис. 1-1) заключается в том, что преобразуемый код последова тельно подается на вход, начиная с младшего разряда (временное разделение разрядов) [Л. 67]. Если в данном разряде представлен код 1 в течение тактового периода Ті, эталонное напряжение U3T складывается с напря жением Ui, хранящимся на конденсаторе (аналоговый запоминающий блок), и результирующее напряжение де-
о о
Рис. 1-1. Структурная схема преобразователя последовательного дей ствия.
лится на 2. Результатом этих операций является напря жение Ui.и, которое также запоминается на конденсато ре и используется в течение следующего тактового пе риода Т{+1 . Математически величина Ui+l может быть
представлена следующим образом:
|
t/<+1= - L |
(£/<+ *<£/,,), |
(1-1) |
где Иг==О или |
1. |
преобразователя |
снимается |
Выходное |
напряжение |
в каждом цикле преобразования в течение короткого ин-
9